Номер 2, страница 123 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 24. Электромагнитные колебания - номер 2, страница 123.

Условие.

2. Что такое колебательный контур?

Решение.

2. Колебательный контур — это простейшая электрическая цепь, состоящая из соединенных между собой катушки индуктивности (элемента, обладающего индуктивностью $\text{L}$) и конденсатора (элемента, обладающего ёмкостью $\text{C}$). В такой системе могут возникать и поддерживаться свободные электромагнитные колебания.

Рассмотрим процесс колебаний в идеальном колебательном контуре, то есть в контуре, активное сопротивление которого пренебрежимо мало ($R \approx 0$).

1. Пусть в начальный момент времени конденсатор заряжен до максимального напряжения $U_{max}$, а ток в цепи отсутствует. Вся энергия системы сосредоточена в электрическом поле конденсатора и равна $W_Э = \frac{C U_{max}^2}{2}$.

2. Конденсатор начинает разряжаться через катушку индуктивности. В цепи возникает электрический ток, сила которого постепенно нарастает. Нарастающий ток создает в катушке переменное магнитное поле. Энергия электрического поля конденсатора начинает переходить в энергию магнитного поля катушки ($W_М = \frac{L I^2}{2}$).

3. В момент, когда конденсатор полностью разрядится (напряжение на его обкладках станет равным нулю), сила тока в катушке достигнет своего максимального значения $I_{max}$. В этот момент вся энергия контура будет сосредоточена в магнитном поле катушки: $W_М = \frac{L I_{max}^2}{2}$.

4. Несмотря на то, что конденсатор разрядился, ток в цепи не исчезает мгновенно из-за явления самоиндукции. Катушка индуктивности "препятствует" исчезновению тока, и он продолжает течь в том же направлении, перезаряжая конденсатор. Теперь обкладка, которая была заряжена положительно, становится отрицательной, и наоборот.

5. Ток постепенно уменьшается до нуля. К моменту его полного исчезновения конденсатор окажется полностью перезаряженным, а напряжение на нем достигнет максимального значения, но с противоположным знаком ($-U_{max}$). Энергия магнитного поля катушки полностью перейдет обратно в энергию электрического поля конденсатора.

6. Далее процесс повторяется в обратном направлении. Конденсатор снова начинает разряжаться, и в цепи возникает ток противоположного направления. Так происходят периодические превращения энергии электрического поля в энергию магнитного поля и обратно — электромагнитные колебания.

Период этих свободных колебаний в идеальном контуре определяется формулой Томсона:

$T = 2\pi\sqrt{LC}$

В реальном колебательном контуре всегда есть активное сопротивление, на котором происходит потеря энергии (выделение тепла). Поэтому свободные колебания в реальном контуре являются затухающими.

Ответ: Колебательный контур — это электрическая цепь, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания за счёт периодического превращения энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки и обратно.